[發明專利]信息素驅動的分布式協同寬帶頻譜感知方法

有效

• 申請號: 201711282963.5
• 申請日: 2017-12-07
• 公開（公告）號: CN108055666B
• 公開（公告）日: 2020-02-28
• 發明（設計）人: 毛翊君;趙知勁;鄭仕鏈;張煜培;尚俊娜;強芳芳;尹輝;楊安鋒;張笑菲;韓仕鵬;陳思佳
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H04W16/14
• 分類號: H04W16/14
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 黃前澤

1.信息素驅動的分布式協同寬帶頻譜感知方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

步驟(1)、利用濾波器組將每個節點的寬帶信號分割為多個窄帶信號的信道，其中寬帶信號中含有PU信息，PU信息被隨機分割到窄帶信號的信道；

步驟(2)、用一個CU感知一個節點，對某一節點的每個信道的窄帶信號采用能量檢測，得到該節點每個信道的判決統計量和判決結果；

步驟(3)、利用CU感知不同節點對應序號的信道兩兩交互感知信息，根據融合規則調整信息素，直至得到最終融合判決結果；

步驟(1)具體是假設輸入信號為x(n)，原型濾波器響應為h(n)，總的子信道數為D；將x(n)通過濾波器組，得到D路子信道的輸出為y_p(m)；

y_p(m)的具體產生方法如下：

其中，x_p(m)＝x(mD-p)為第p路子信道的輸入信號，h_p(m)＝h(mD+p)為第p路子信道的濾波器響應，y_p(m)表示第p路子信道所有的輸出信號；

步驟(2)具體是假定CU感知第l個節點的第p個子信道的信息為(T_p,l,D_p,l)，再結合公式(2)獲取信息素，其中T_p,l和D_p,l分別為CU感知第l個節點第p個子信道的判決統計量和判決結果；

τ_p,l＝f(T_p,l,γ_p,l) (2)

所述的信息(T_p,l,D_p,l)的獲取步驟具體如下：

能量法的檢測統計量如下：

x_p,l(m)為CU感知第l個節點的第p個子信道的信號，其中為每個信道的樣本數，N為總樣本數，K為總節點數；

假設x_l(m)是CU感知第l個節點的接收信號，

假設H₀和H₁分別表示PU不存在和存在的情況；

在假設H₀下，由于接收信號只有噪聲信號，故x_p,l(m)服從均值為0，方差為的復高斯分布；則x_l(m)也服從復高斯分布，其實部和虛部都服從均值為零，方差為的復高斯分布；其中，G表示濾波器組的處理增益，L為原型濾波器的長度；

在假設H₁下，由于接收信號中加入了PU信號，故x_p,l(m)服從均值為0，方差為的復高斯分布；則x_l(m)也服從復高斯分布，其實部和虛部均服從均值為零，方差為的復高斯分布；根據卡方分布的定義可知：T_p,l服從自由度為的中心卡方分布，式(3)可表示為如下形式：

其中，η為服從自由度為的中心卡方分布，即

當樣本點數足夠多時，根據中心極限定理可知，檢測統計量T_p,l近似符合高斯分布：

則可推得虛警概率為：

由式(6)可知檢測門限為：

判決結果如下：

其中D_p,l表示CU感知第l個節點的第p個子信道的判決結果；

步驟(3)具體是：

3.1參數初始化：令迭代次數N_c＝0，j＝1,l＝K，設置最大迭代次數N_max，信息素為τ_p,l＝f(T_p,l,γ_p,l)；

3.2循環次數N_c＝N_c+1；

3.3如果j≠l，則進行融合判決結果的累加，最后令j＝j+1；否則，直接令j＝j+1；

3.4如果j＞K，則令l＝l-1；否則，跳轉至步驟3.3；

3.5如果l＜0，則進行信息素更新；否則跳轉至步驟3.3；

3.6如果N_c≤N_max，則跳轉至步驟3.2；直到N_c＞N_max結束循環；循環結束后根據判決規則輸出最終融合判決結果；

步驟(3)CU感知第l個與第j個不同節點的相同信道并交互感知的信息，得到融合判決結果基于以下條件：為了減少相同節點間交互感知的概率，令l的取值從1開始逐個遞增，j的取值從K開始逐個遞減；

CU感知第l個與第j個不同節點的相同信道時，定義相關函數分別為R_p,l和R_p,j；

融合判決結果為D_p,l和D_p,j的可能性分別表示為P_p,l和P_p,j；

其中θ＞0為常數；

步驟(3)所述的融合判決結果的累加具體操作如下：

當P_p,l＞P_p,j時，融合判決結果為D_p,l，將用于融合判決結果的累加；

當P_p,j＞P_p,l時，融合判決結果為D_p,j，將用于融合判決結果的累加；

步驟(3)所述的信息素更新具體操作如下：

當D_p,l＝D_p,j時，重置τ_p,l＝τ_p,l(1+α×R_p,l×D_p,l×D_p,j)，且令τ_p,l＝τ_p,j；其中α是信息素的釋放因子，用于調整信息素釋放的速度；

當D_p,l≠D_p,j時，重置τ_p,l＝τ_p,l(1+α×R_p,l×D_p,l×D_p,j)，且令τ_p,l＝τ_p,j；

步驟(3)根據判決規則獲得最終融合判決結果的具體操作如下：

CT0_p、CT1_p表示CU感知所有節點的第p個信道中PU不存在與存在的判決結果的累加值；

CT0_p＝CT0_p+D_p，- (13)

CT1_p＝CT1_p+D_p,+ (14)

其中，D_p，-和D_p，+分別表示CU感知所有節點的第p個信道的融合判決結果分別為1和-1的累計總數，可通過公式(8)可知；

最終融合判決結果的判決規則為：

當CT0_p＞CT1_p時，第p個信道的最終融合判決結果為PU不存在；

當CT1_p＞CT0_p時，第p個信道的最終融合判決結果為PU存在。